Hydraulik ermöglicht exakte Sonnennachführung solarthermischer Kraftwerke

Mit hydraulischen Trackingsystemen rüstet Rexroth Solarthermie-Kraftwerke aus und erhöht durch die Sonnennachführung den Wirkungsgrad. Auch unter extremen Umgebungsbedingungen kann das System dank der geschlossenen Bauweise der wichtigsten Komponenten eingesetzt werden. Solarthermische Kraftwerke zapfen die weltweit größte erneuerbare Energiequelle mit erprobter Großserientechnik an. Parabolrinnen bündeln die Sonneneinstrahlung auf eine Brennlinie und erhitzen damit ein Thermomedium, das konventionelle Wärme-Kraft-Maschinen antreibt. Bereits seit den 80er Jahren besteht die Technologie den Praxistest in der kalifornischen Mojave-Wüste. Der Wirkungsgrad von solarthermischen Kraftwerken hängt entscheidend von der präzisen Sonnennachführung ab.

Nur wenn die hydraulischen Antriebe die Parabolrinnenkollektoren mit einer Länge von je 100 bis 150 Meter den gesamten Tag exakt zur Sonne ausrichten, erreicht die Anlage den höchsten Wirkungsgrad. Ein Parabolrinnenkollektor besteht aus einzelnen, speziell gebogenen und beschichteten Weißglasspiegeln, die die auftreffende Sonnenstrahlung zu etwa 98 Prozent auf das Absorberrohr in der Brennlinie des Kollektors reflektieren. Durch die Absorberrohre fließt als Wärmeträgerflüssigkeit ein Thermoöl, das auf rund 400 °C durch die gebündelte Solarstrahlung erhitzt wird.

Das Absorberrohr – auch Receiver genannt – ist ein Metallrohr umgeben von einem Glashüllrohr. Der Ring-raum zwischen den beiden Rohren ist wie bei einer Thermoskanne luftleer, wodurch Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert werden. Die Sonnennachführung solcher neuen solarthermischen Kraftwerke übernimmt ein von Rexroth entwickeltes Tracking System. Es besteht aus einem Hydraulikaggregat sowie zwei Verstellzylindern, die jeweils eine komplette Parabolrinne feinfühlig verstellen.

Über einen hydraulischen Steuerblock mit Ventilen bewegen sich die beiden Zylinder nach Vorgaben der übergeordneten Steuerung in bestimmten Zeitabständen im Zehntelmillimeterbereich. Dabei dreht die Hydraulik die Parabolrinne mit einer Genauigkeit von wenigen hundertstel Grad und sorgt so für einen maximalen Wirkungsgrad der Anlage. Um sehr kleine Verstellwege und Genauigkeiten zu erreichen, ist es besonders wichtig, die Parabolrinnen ruckfrei zu bewegen, das heißt, den Stick-Slip-Effekt zu vermeiden.

Um auch hohe Windlasten sicher zu halten, hat Rexroth die Zylinder mit leckölfreien Senkbremsventilen ausgerüstet. Sie spannen die Zylinder ohne zusätzliche Energiezufuhr ein und halten die Rinnen auch bei stärkerem Wind in ihrer Position. Bei schweren Sturmwarnungen fahren die Parabolrinnen mit der Öffnung nach unten, um die Oberflächen der Reflektoren und die Kollektoren zu schützen.

Auf raue Bedingungen eingestellt Sämtliche Komponenten des Hydrauliksystems hat Rexroth auf die rauen Umgebungsbedingungen optimiert und auf eine Lebensdauer von 25 Jahren ausgelegt. Dabei nutzt der Hersteller die weltweiten Anwendungserfahrungen im Außenbetrieb von hydraulischen Systemen unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen, von der Arktis bis zu Wüstengebieten.

Der hohe Temperaturunterschied zwischen den heißen Tagen und den kalten Nächten verlangt sehr enge Toleranzen in der Teilefertigung aller Komponenten. Wind, Sand und Staub schmirgeln an den Oberflächen und in Küstennähe beschleunigt der hohe Salzgehalt in der Luft die Korrosion. Mit einer Vielzahl von Detaillösungen bereitet Rexroth die Systemlösung auf diese Herausforderungen vor: Die geschlossene Bauweise der wichtigsten Komponenten des Aggregats oder auch die besondere Oberflächen- behandlung aller Bauteile sind gute Beispiele für applikations- spezifische Lösungen.

Wie die speziell beschichteten Zylinder haben alle Komponenten und Systeme im Vorfeld Proben wie den Salzsprühtest überstanden. Die Erfahrungswerte aus dem über 20-jährigen Betrieb der solarthermischen Kraftwerke in Kalifornien zeigen, dass Rexroth-Hydraulik auch unter Bedingungen der Mojave-Wüste zuverlässig und robust die Sonnennachführung übernimmt. Damit stimmen die Voraussetzungen für die nachhaltige Energieerzeugung an allen geeigneten Standorten in dem Gürtel zwischen den 35. Breitengraden nördlicher und südlicher Breite.

Bereits in wenigen Jahren reduzieren die solarthermischen Kraftwerke die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen deutlich. Vor allem senken die Kraftwerke auch Dank des hohen Wirkungsgrads durch die fein justierbare Sonnennachführung den Ausstoß des klimaschädlichen CO2. get Autor Ruthard Freitag, Projektingenieur bei Bosch Rexroth get Contact www.boschrexroth.com Für die Sonnennachführung von solarthermischen Kraftwerken hat Rexroth ein Tracking System entwickelt.

Es besteht aus einem Hydraulikaggregat sowie zwei Verstellzylindern, die jeweils eine komplette Parabolrinne ruckfrei verstellen. Für Anlagen mit einer elektrischen Leistung von 50 MW wird ein Areal von rund 2 km² benötigt – das entspricht einer Fläche von etwa 280 Fußballfeldern. Trackingsysteme übernehmen die Sonnennachführung der bis zu 150 Meter langen Parabolrinnen und erhöhen somit deren Wirkungsgrad.

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